双液滴撞击壁面液膜流动与换热特性数值研究

摘要

液滴撞击液膜过程具有较强的质热交换能力且有较高的热流密度的特点，广泛应用在工业、农业、医疗等诸多领域。研究液滴撞击液膜的流动与换热特性，可为明确其冷却机理及换热特性提供理论依据。本文采用耦合的水平集-体积分数法(CLSVOF)对双液滴撞击液膜进行数值模拟，揭示了双液滴撞击液膜的形态演化机理及换热特性。主要结论如下：
　　（1）双液滴撞击曲面液膜数值模拟结果表明，双液滴撞击曲面液膜时会产生颈部射流、碗状水花等现象，随着撞击速度的增加还会发生破碎并产生二次液滴。当液滴撞击速度增大时，双液滴互相碰撞引起的液滴之间的能量聚集，造成水花高度产生显著增大。当液膜厚度增加时，双液滴撞击曲面液膜产生的水花相互干扰，造成水花高度与直径均随着液膜厚度的增加而减小。
　　（2）双液滴撞击加热曲面液膜的计算结果显示，曲面液膜的壁面平均热流密度大于平面液膜的壁面平均热流密度；壁面平均换热系数随着曲率增大而增大；壁面平均热流密度随着撞击速度、液滴直径增大而增大，随着液滴垂直间距增大而减小。双液滴撞击较薄的曲面液膜时会产生二次液滴，造成壁面平均热流密度显著减小；随着液膜厚度的增大，液膜厚度对壁面平均换热密度的影响较小。撞击区域的热流密度随着液膜厚度、液滴直径增大而增大，随着液滴垂直间距增大而减小；交界区域的热流密度随着液滴直径、液滴间距增大而增大，随着液膜厚度减小而增大。
　　（3）双液滴撞击移动液膜数值模拟结果表明，液膜内发生运动间断现象造成液膜产生不对称的冠状水花的主要原因。当液膜移动速度增大时，上游射流速度与液膜之间的相对速度逐渐增大，下游射流速度与液膜之间的相对速度逐渐减小，造成上游射流高度发生递增而下游射流高度产生递减。当双液滴水平间距增大时，由于形成中心射流的时间发生了延迟，造成中心射流高度递减，水花直径递增，但上游射流与下游射流高度未产生明显的变化。

目录

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 液滴撞壁的研究现状

1.3 液滴撞击研究存在的不足

1.4 本文的主要研究内容

第2章 双液滴撞击壁面液膜的数值方法

2.1 物理数学模型

2.2 流体界面捕捉方法

第3章 双液滴撞击曲面液膜数值模拟

3.1 物理模型及验证

3.2 双液滴撞击曲面液膜模拟结果与分析

3.3 本章小结

第4章 双液滴撞击加热曲面液膜数值模拟

4.1 计算模型

4.2 双液滴撞击加热曲面液膜流动特性分析

4.3 双液滴撞击加热曲面液膜换热特性分析

4.4 本章小结

第5章 双液滴撞击移动液膜数值模拟

5.1 计算模型

5.2 双液滴撞击移动液膜模拟结果与分析

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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